李杰

摘 要：介紹了GPS-RTK與中海達(dá)HD280結(jié)合進(jìn)行水下地形測(cè)量，打破了原始水下測(cè)量的作業(yè)方式。實(shí)踐證明兩者相互配合的測(cè)量無論從精度、效率還是效益上面都有很大的優(yōu)勢(shì)。只要將GPS天線高量至水面，測(cè)深儀吃水深度改正后，便可精確的測(cè)出水下三維坐標(biāo)，且無需進(jìn)行驗(yàn)潮改正。介紹了GPS-RTK配合測(cè)深儀進(jìn)行水下測(cè)量的原理、工作方法和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；HD280測(cè)深儀；水下地形；無驗(yàn)潮

中圖分類號(hào)：U445.583 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）09-0122-02

引言

水下地形測(cè)繪是工程設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)資料，是測(cè)量水下的三維坐標(biāo)。RTK測(cè)量系統(tǒng)是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測(cè)量技術(shù)的一個(gè)突破其在一定范圍內(nèi)三維坐標(biāo)的定位精度達(dá)到了厘米級(jí)。在進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)充分利用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用GPS-RTK與回聲測(cè)深儀相結(jié)合的方法可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量出測(cè)深儀換能器處的三維坐標(biāo)，將此高程減去測(cè)深儀所測(cè)的深度即可得到水下地形點(diǎn)的平面位置及高程。

1 基本原理

GPS-RTK測(cè)量技術(shù)是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)的提供移動(dòng)站三維定位坐標(biāo)，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)。

測(cè)深儀是一種聲吶測(cè)深設(shè)備，利用換能器在水中發(fā)射聲波，當(dāng)聲波遇到障礙物而反射回?fù)Q能器時(shí)，根據(jù)聲波往返的時(shí)間和所測(cè)水域中聲波傳播的速度，輔以換能器吃水改正、聲吶波特率校正、實(shí)時(shí)水面高度以及測(cè)深儀船體姿態(tài)改正等誤差修正以求得換能器底部至水底的距離。水下定位點(diǎn)的高程計(jì)算公式為：

H0=H-Z；

式中 H0-水下定位點(diǎn)的高程；

H-測(cè)深儀換能器底部的高程；

Z-換能器底部至水下定位點(diǎn)高度；

圖1中h為測(cè)深儀換能器底部到GPS天線的固定高差；H為RTK測(cè)量得到的測(cè)深儀換能器底部高程；Z為測(cè)深儀實(shí)測(cè)水深，則水底高程H0為：H0=H-Z。

不論水面由于潮水或者波浪影響而升降，上式中的H0始終是某一時(shí)刻實(shí)測(cè)的水底面高程，它只和RTK測(cè)量高程值H和測(cè)深值Z有關(guān)。因此從理論上講，RTK無驗(yàn)潮測(cè)深將消除波浪、潮位和動(dòng)態(tài)吃水的影響，是一種理想的水上測(cè)量方法。

2 外業(yè)施測(cè)

2.1 測(cè)前準(zhǔn)備

2.1.1 轉(zhuǎn)換參數(shù)的采集

根據(jù)復(fù)測(cè)成果，可以直接用軟件求取需要的七參數(shù)。把參數(shù)直接輸入測(cè)深儀里面后，開始工作前對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，以求出WGS84坐標(biāo)系到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)。參與點(diǎn)校正的點(diǎn)數(shù)不少于四點(diǎn)，我們現(xiàn)場(chǎng)選取DQ7、DQ8、DQ9、DQ10四個(gè)點(diǎn)參與點(diǎn)位的校正。

2.1.2 計(jì)劃線設(shè)計(jì)

根據(jù)3#墩沉井的尺寸及需要出圖的比例尺，按照水下地形測(cè)量規(guī)范布設(shè)計(jì)劃線的長(zhǎng)度與計(jì)劃線的間隔，計(jì)劃線應(yīng)該按照長(zhǎng)江流向布設(shè)。計(jì)劃線長(zhǎng)度按照100米，間距按照5米布設(shè)。在地形變化大的地方測(cè)線、測(cè)點(diǎn)的密度要相應(yīng)增加以便能真實(shí)的反應(yīng)水下地形變化情況。計(jì)劃線要另存為DXF格式。

2.2 測(cè)量過程

2.2.1 岸上工作

先在岸邊控制點(diǎn)DQ9架設(shè)基站，設(shè)置好基準(zhǔn)站及流動(dòng)站后須要檢測(cè)2個(gè)控制點(diǎn)，檢測(cè)需滿足規(guī)范要求才可進(jìn)行下一步測(cè)量。

2.2.2 水上工作

首先在距離船頭1/3～1/2船長(zhǎng)處安裝換能器，換能器安裝示意圖見圖1。換能器安裝入水深度我們?cè)O(shè)置0.3米。這主要是為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)以及航行時(shí)產(chǎn)生的浪花對(duì)回波造成的影響，從而導(dǎo)致測(cè)深不準(zhǔn)。

2.2.3 測(cè)量設(shè)置

（1）打開測(cè)深儀二合一軟件，在左側(cè)測(cè)深界面設(shè)置中輸入吃水改正為0.3米，選擇高頻增益。

（2）聲速需現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。

（3）新建任務(wù)，設(shè)置任務(wù)中的坐標(biāo)系，投影，輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)、任務(wù)名、比例尺等。

（4）在右側(cè)測(cè)深界面設(shè)置中需要設(shè)置的參數(shù)主要有：記錄設(shè)置、天線偏差改正、固定差改正等。

（5）調(diào)入計(jì)劃線，根據(jù)導(dǎo)航指示沿計(jì)劃線即可開始數(shù)據(jù)采集。

（6）測(cè)深完成后點(diǎn)擊停止保存即可。

2.3 內(nèi)業(yè)后處理

（1）打開測(cè)深儀后處理軟件，選擇相應(yīng)的NAV文件。

（2）選擇水深數(shù)據(jù)，在文件下選擇原始數(shù)據(jù)選擇測(cè)量的SS文件，用鼠標(biāo)拖動(dòng)有紅色圓圈的水深點(diǎn)，使該點(diǎn)與前后相鄰的水深點(diǎn)要圓滑流暢的順接。中海達(dá)HD280測(cè)深儀中帶紅色圓圈的點(diǎn)是有問題的測(cè)深點(diǎn)。

（3）點(diǎn)擊文件，選擇生成HTT與XYH文件。

（4）點(diǎn)擊功能菜單下的格式轉(zhuǎn)換，選擇要生成的格式-南方CASS-去掉帶號(hào)，高程加負(fù)號(hào)-選擇HTT文件-確定，到該文件夾找到*CASS.dat文件即可進(jìn)入南方CASS軟件進(jìn)行處理。通過對(duì)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和刪除。通過對(duì)比實(shí)測(cè)的水面高程，對(duì)采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。尤其是在信號(hào)不好的地方或者是水深較淺的地方假信號(hào)較多。

3 注意事項(xiàng)

（1）由于換能器桿連接RTK天線和換能器，換能器桿如果不垂直，GPS天線所測(cè)的數(shù)據(jù)就會(huì)與換能器底部的數(shù)據(jù)不匹配，必須使GPS天線中心與換能器中心在同一鉛垂線上。換能器底面要與水面平行，換能器長(zhǎng)邊要與船身平行。換能器具體安裝示意圖見圖1。

（2）測(cè)船速度的確定。測(cè)船速度確定是一個(gè)重要的問題，船速過快會(huì)造成點(diǎn)位坐標(biāo)精度下降，從而影響水下地形測(cè)繪的精度；船速過慢，又會(huì)造成財(cái)力、物力、人力的浪費(fèi)。對(duì)船速的確定需要綜合多方面的因素進(jìn)行綜合考慮。包括水流的流速、RTK的采集頻率以及測(cè)深儀測(cè)深數(shù)據(jù)的延時(shí)問題。結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)測(cè)面積2500平方米而言，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)船的速度盡量要保持在3.5節(jié)航速以內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)盡量選在無風(fēng)浪環(huán)境且流速小的時(shí)候施測(cè)。

（3）數(shù)據(jù)采集時(shí)，只有在RTK為固定解時(shí)，并且在測(cè)深儀數(shù)據(jù)顯示正常的情況下才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。

（4）在流動(dòng)站工作的開始于結(jié)束時(shí)，都要對(duì)已知控制點(diǎn)進(jìn)行檢核，且檢核差值必須符合規(guī)范要求。

（5）測(cè)量時(shí)一般避免行船方向與水流方向垂直，測(cè)線盡量布置成與水流方向一致，從而減小受傾斜因素影響。

4 結(jié)語

通過GPS-RTK技術(shù)和HD280測(cè)深儀的聯(lián)合使用，準(zhǔn)確、高效、快速的獲得了3#墩沉井基坑位置的三維坐標(biāo)，為內(nèi)業(yè)計(jì)算、成圖以及現(xiàn)場(chǎng)施工奠定了基礎(chǔ)。我們?cè)趯?duì)蕪湖橋3#墩沉井進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)成功的運(yùn)用了這一技術(shù)，既保證了測(cè)深精度又提高了工作效率。它是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法的一次變革，徹底改變了以往的作業(yè)模式，以其精度高、效率高、自動(dòng)化、全天候的優(yōu)點(diǎn)逐漸被越來越多的測(cè)量單位所接受。

參考文獻(xiàn)

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