陳猛棠

摘 要 作為一項(xiàng)全天候、高精準(zhǔn)度的定位系統(tǒng)，GPS具備十分顯著的優(yōu)勢特征，比如費(fèi)用低、定位速度快、操作方式簡便等等。因此其不僅在測量工作中有著廣泛應(yīng)用，同時在導(dǎo)航學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域中也有著明顯發(fā)展?；诖?，本文就將針對GPS的組成和特點(diǎn)作為研究基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析GPS技術(shù)在航道測量工作中的應(yīng)用情況，希望對測量行業(yè)發(fā)展提供一定幫助作用。

關(guān)鍵詞 GPS技術(shù);航道測量;應(yīng)用

隨著近年來社會經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展需求，我國GPS技術(shù)作為一項(xiàng)重要研究項(xiàng)目也得到更大應(yīng)用與發(fā)展。GPS技術(shù)的出現(xiàn)為岸上各類工民建測量、水下勘探和地形測量等精密性工作的開展都提供了科學(xué)便捷的工作方案，并且也幫助人們對諸多不熟悉的地方進(jìn)行了研究，有著顯著便利性特點(diǎn)。如測深工作中，可以將GPS接收機(jī)和測深儀器兩者進(jìn)行結(jié)合，GPS接收機(jī)負(fù)責(zé)用于進(jìn)行定位測量，而測深儀器可以對水深進(jìn)行采集，通過數(shù)據(jù)的同步電子采集記錄和專業(yè)測量測繪軟件指導(dǎo)，由此可在工作中組成相應(yīng)完整的一套自動化測量系統(tǒng)。為此，本文就將對GPS技術(shù)在航道測量中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究，希望對后續(xù)測量工作和航道建設(shè)工作提供更科學(xué)的指導(dǎo)作用。

1航道測量基礎(chǔ)作用和基本方式

航道測量在航道維護(hù)和管理過程中有著十分顯著的積極作用，由于工作目標(biāo)存在較大差異，所以工作的內(nèi)容也存在明顯不同[1]。航道測量其他測量作業(yè)具備許多相同的原則要求，但是和其他測量工作性質(zhì)不同，就具體測量內(nèi)容而言，航道測量和一般測量方式相同點(diǎn)雖然都需要在作業(yè)中對地形地貌情況進(jìn)行測量，但是航道測量工作還主要需要對水下的礙航淺礁等三維坐標(biāo)進(jìn)行測量乃至包括流速流態(tài)流向等水文情況進(jìn)行測量?？梢姾降赖臏y量對于航道建設(shè)和維護(hù)都有著不可忽視的基礎(chǔ)性作用。

而GPS在對航道進(jìn)行測量的過程中，主要工作原理就是用戶的GPS移動站接收機(jī)通過接收GPS衛(wèi)星發(fā)播的無線電定位信號，以及接收基準(zhǔn)站發(fā)送的差分解算數(shù)據(jù)，使移動站可以在最短時間內(nèi)獲得定位固定解、從而得出精確的亞米級或厘米級三維坐標(biāo)成果，并且通過配合聲波測深儀對同步定位的位置測深記錄。在對測量位置進(jìn)行定位的過程中，主要原理就是借助測距交會原理對點(diǎn)位進(jìn)行明確;對測量位置進(jìn)行測深的過程中，就是通過對水下發(fā)射聲波往返記錄計算，獲得所在位置瞬時水深。所以在進(jìn)行航道測量中，通過GPS定位技術(shù)進(jìn)行平面坐標(biāo)定位或厘米級精度的RTK實(shí)時動態(tài)定位以采集三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)：平面x、y坐標(biāo)加上實(shí)時水位高程z，同時測深儀器通過單波束或多波束在水中的反射波來準(zhǔn)確掌握坐標(biāo)位置的水深情況h，實(shí)時水面高程z減去實(shí)時水深h即為實(shí)時水下巖面高程。因此測深中任意一點(diǎn)的記錄實(shí)際上都是三個參數(shù)：x、y、（z-h）。

2GPS技術(shù)在航道測量中的應(yīng)用

在實(shí)際角度上來說，航道測量是個兵馬未動偵察先行的工作，它就是為設(shè)計、施工和管養(yǎng)等后繼工作而準(zhǔn)備基礎(chǔ)地理信息的，需要在測量環(huán)節(jié)中將兩岸情況及水下地形進(jìn)行測量出成果以供使用參考。比如在對航道整治進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要根據(jù)河流多年水文站實(shí)測資料以及地質(zhì)地形水深等進(jìn)行設(shè)計，借助沿程水位站水尺水位相關(guān)分析法、以及全程瞬時水面線觀測法，包括頻率分析法、保證率頻率法等確定設(shè)計最高通航水位及最低通航水位，利用航道整治工程數(shù)學(xué)模型研究計算設(shè)計流量下整治后的水面曲線。所以一般情況下，合理借助航道測量包括在兩水文站之間補(bǔ)充加密臨時水尺則及測量等，可以更準(zhǔn)確地掌握基礎(chǔ)的測量信息或是數(shù)據(jù)為設(shè)計服務(wù)。此外，在對航道進(jìn)行測量的過程中應(yīng)該保證區(qū)間布設(shè)水尺的合理設(shè)置，通過對各區(qū)域設(shè)計水位的掌握，順利開展測量工作。所以GPS技術(shù)在航道測量中可以為水深、地形、包括整段航道全程瞬時水位成果的測量發(fā)揮作用。

2.1 GPS控制網(wǎng)測量

在對GPS控制網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)形設(shè)計的過程中，首先需要根據(jù)測量任務(wù)要求對GPS網(wǎng)的精度和密度等問題進(jìn)行明確，從而和規(guī)范要求進(jìn)行有效融合，之后更有效的對不同點(diǎn)之間的連接方法進(jìn)行優(yōu)化。平面控制網(wǎng)的建立采用GPS靜態(tài)測量完全可以滿足精度要求，高程控制網(wǎng)GPS高程擬合精度雖然《水運(yùn)工程測量規(guī)范》規(guī)定可代替四等水準(zhǔn)測量，但《工程測量規(guī)范》（GB5006-2007）和其他行業(yè)測量規(guī)范則規(guī)定代替五等水準(zhǔn)測量，特別是GPS高程不能超出擬合高程模型所覆蓋范圍。而若在山區(qū)因?yàn)榇蟮厮疁?zhǔn)面起伏大，應(yīng)適當(dāng)增加水準(zhǔn)重合點(diǎn)進(jìn)行觀測，用GPS測定大地高和水準(zhǔn)測定正常高計算出高程異常，采用數(shù)字?jǐn)M合確定該區(qū)域中其他點(diǎn)的高程異常，采用的已知水準(zhǔn)點(diǎn)越多，擬合精度越高[2]。在將所布設(shè)網(wǎng)點(diǎn)采集的WGS-84 坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換成當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系以供工程使用時，若帶狀區(qū)域慎用曲面擬合，如重合點(diǎn)數(shù)達(dá)到三或是三以上，借助布爾薩七參數(shù)法進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系數(shù)據(jù)。在對航道進(jìn)行測量的過程中，由于河道狹窄道路彎曲性較為明顯，所以很容易造成對控制網(wǎng)布設(shè)產(chǎn)生負(fù)面影響，在對控制網(wǎng)進(jìn)行建立的過程中，要注意避免長短邊問題，如網(wǎng)形角度設(shè)計注意要大于30?，從而將網(wǎng)形布設(shè)方整，避免最短邊建網(wǎng)問題的出現(xiàn)等。

2.2 岸上地形測量

地形測量分為水上和水下兩部分，無論水上水下，本質(zhì)上都是主要進(jìn)行地形的三維坐標(biāo)采集記錄處理，所以在通過如上控制網(wǎng)的有效設(shè)計和測算，GPS校核控制點(diǎn)得出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)后，就可以根據(jù)測繪區(qū)域計劃，根據(jù)相關(guān)測量規(guī)范和要求進(jìn)行GPS碎步測量，采集地形坐標(biāo)數(shù)據(jù)和地物勾繪記錄，然后在后繼的內(nèi)業(yè)作業(yè)中處理成果出圖。但是采用GPS技術(shù)進(jìn)行河道野外測量時，要注意盡量避開樹林、高山峽谷等天空被遮蔽阻擋地區(qū)，或者避免在高壓線附近底下作業(yè)，以免造成GPS信號受干擾定位不精確，這時就要用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀全站儀等測量工具作補(bǔ)充。

2.3 水下地形測量

在對水下地形進(jìn)行測量的過程中，需要在臨近控制網(wǎng)的區(qū)域?qū)Φ匦问y站點(diǎn)進(jìn)行選擇，架設(shè)好基準(zhǔn)站好，利用已知點(diǎn)對GPS流動接收機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)校核，再和超聲波回聲探測儀進(jìn)行連裝，利用打水板等對測深儀所測水深讀數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)改正，使各項(xiàng)誤差符合《水運(yùn)工程測量規(guī)范》等規(guī)定的允許誤差值之內(nèi)。這樣通過對流動接收機(jī)以及測深儀的設(shè)置校核，再有效根據(jù)河道斷面變化情況、流速大小等情況進(jìn)行布計劃線施測。在進(jìn)行測量的過程中，注意船速的控制和所采集數(shù)據(jù)的精確度比如因?yàn)樗?、水草以及淤泥等造成的假水深問題，以及補(bǔ)測因?yàn)樾盘枂栴}而缺失記錄等情況。由于水下地形施測往往會受到較為顯著的經(jīng)濟(jì)影響，所以在對方案進(jìn)行選擇的過程中也要選擇一些簡便的方案，比如在較淺難測區(qū)域用探桿等潛代測深儀。基于經(jīng)濟(jì)性、便捷性、準(zhǔn)確性綜合因素來說，目前GPS水下地形測量已經(jīng)成為國內(nèi)主要采用的定位測探技術(shù)。

3GPS技術(shù)的局限性和改進(jìn)

雖然目前GPS技術(shù)得到了十分顯著的發(fā)展，但是外部環(huán)境對于GPS技術(shù)的使用和精準(zhǔn)度也會產(chǎn)生一定影響，比如近距離的高壓線路、建筑物高山和高大樹木都可能對GPS接受準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響，基站與移動站之間的差分信號傳輸也受影響，所以在實(shí)際測量過程中需要盡量避開這類障礙物。在接收衛(wèi)星信號困難地區(qū)，往往只能借助全站儀和水準(zhǔn)儀實(shí)現(xiàn)對附近測量任務(wù)的開展。當(dāng)然在當(dāng)前GPS技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步的過程中，上述因素對于測量工作的影響也明顯降低，比如當(dāng)前國內(nèi)主流的GPS接收機(jī)日趨融合接收俄羅斯衛(wèi)星GLONASS信號、中國北斗BDS（且預(yù)留對歐洲GALILEO信號的升級接收），我們在瀾滄江的工程實(shí)踐中證明，隨著衛(wèi)星的增多、加上配合中繼電臺等新技術(shù)采用，GPS的衛(wèi)星信號跟蹤及數(shù)據(jù)鏈傳輸性能在信號困難地區(qū)由此獲得顯著改善。

4結(jié)束語

綜上所述，測繪任務(wù)的發(fā)展受到航道測量技術(shù)的影響較大，通過對多次航道測量數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，將GPS技術(shù)應(yīng)用到布網(wǎng)工作中，在對軟件進(jìn)行基線求解或是測繪軟件過程中，相比傳統(tǒng)導(dǎo)線測量手段，可以實(shí)現(xiàn)更有效的幫助作用，達(dá)到事半功倍的效果。此外，在測繪技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步過程中，航道的測量發(fā)展也會得到明顯進(jìn)步，并在工作中形成簡便和高效的工作優(yōu)勢，這對于航道測量的發(fā)展而言必然是十分顯著和積極的。所以，GPS定位技術(shù)和測深技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)性、便捷性和達(dá)到相當(dāng)?shù)木_性，加上智能化自動化趨勢，也將成為今后我國航道工程測量中最重要的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 李發(fā)忠.GPS技術(shù)在航道測量工程中的應(yīng)用[J].交通世界（運(yùn)輸.車輛），2013，26（11）：126-127.

[2] 馬遷，朱繼文.GPS 水準(zhǔn)高程擬合精度分析[J].煤炭技術(shù)，2001，28 （01）：150-152.