GPS结合测深仪河道水下地形测量原理与应用分析终稿

GPS结合测深仪河道水下地形测量原理与应用分析摘要：由于具有实时定位、精度高、速度快等优点，GPS-RTK技术得以迅猛发展。在水下地形的测量过程中，采用GPS技术使得测量更为准确，受人为干预较少，自动化程度高。本文首先对GPS结合测深仪技术测量河道水下的地形原理进行分析，然后阐述其应用和作业过程，并结合广西省的水文地质，探讨了实际应用中应注意的相关问题。关键词：GPS；水下地形测量；测深仪；测量精度1.前言河道水下的地形测量是一项对水下地形的起伏和地物的测量工作。由于过去受到各项技术的制约，对水下地形的测量只能采用测深杆和测深锤，容易受到不同河流状况的影响，降低测量的效率和准确度，难以实现观测的同步性。GPS-RTK作为一种实时动态技术，正是在这种情形下发展起来的。目前所采用的对河流、水库等水域的水下地形测量方法都是采用高精度的GPS定位和数字测深技术相结合的地下测量系统，可以快速而又准确地实现水下地形点的三维坐标测定，同时也能测出地面部分的水深，将采集到的平面位置和高度信息同时输出，并经处理转化成图像信息。2.GPS系统的组成和工作原理2.1GPS系统的组成水下地形测量作业系统主要由基准站和流动站两部分组成，GPS接收机和数据链组成基准站，GPS接收机、数据链测深仪、计算机、测量软件以及计算机外部设备组成了流动站。本次外业测量所用仪器是NTS-352全站仪，有关技术指标是：角度测量达2″级，测距精度±5mm+5PPmD。pentanR-122全站仪，角度测量达5″级，水深测量采用S48超声波测深仪，其技术指标为：测深范围0.40～100m，测深误差≤水深×1%±1cm。DS3200水准仪技术指标:安平精度±0.3″圆水泡精度8′/2mm，望远镜倍率32×100，每公里往返测量标准偏差1.0mm。2.2GPS结合测深仪河道水下地形测量基本原理水下地形的测量主要分为定位和水深测量两大部分。在测量过程中，GPS可以实现水位测量的定位和水面高程的测量。S48超声波测深仪可以实现水深的测量。它依靠声波发射器发出声波，遇到水下地形的阻碍，声波开始返回来，利用声波反射回来的信息就能计算出声波发生器与水底之间的距离，然后依据吃水的标准修正测量结果。3.水下地形测量的作业过程水下地形测量的作业过程的实施过程分为以下几个部分：（1）实施测量前要做好的准备。将GPS基准站架设在地势高、视野宽阔的控制点上,避开大功率无线电发射站、高压线源、变电站等无线干扰源，设置好基准点的坐标、天线参数、无线电台参数等。基准站的架设完成后要配置好流动站，在测船上安装好流动站无线电接收天线、GPS天线等,保证定位所用观测卫星数至少有4个，卫星的高度角大于10°，DOP值不超过1.8，然后进行一系列的检测工作，确保测量的准确性和可靠性，当检测完成后在进行测量。（2）水下地形的测量工作。在测区范围内，选择水深较浅、水流较慢的区域，比测人工测量的水深与测深仪测量的水深，在满足要求后进行测量。在施测过程中，按照测图要求，将水下地形测点的平面位置与水深数据储存在文本文件中。（3）数据处理在野外施测结束后,要对原始数据进行处理,包括水深取样、综合改正输出、数据合并、格式转换等,按照数字成图软件要求的格式，将数据格式进行转换，形成水下地形点数据文件,对于数据密度不够或需要补测的区域,将补测范围的数据直接输入计算机后,进行导航测量，由软件生成展点、等深线，保存图形,并以任意需要的比例输出图形。4.应用分析广西水文水资源河池分局承担了湘桂线湖南东安县兰家村至广西全州县才湾段的水文勘察和水文技术资料整理工作，湘桂线兰家村至才湾段的铁路沿线主要沿江有紫水河、湘江、长乡河及跨宜湘河大桥等部份河段。东安县属于丘岗山地县，西南与广西全州县交界，整个地势西北高，东南低，向湘江倾斜。整个勘测线路处于湖南省西南部和广西壮族自治区东北部，本次测量使用铁道部门设立的水准点5个，基面均采用1985年国家高程基准，并和全州水文站水准点联测，将水文站资料换算为1985年国家高程基准，水准测量单程线路总计90km。根据水文计算的需要湘江布设20个断面；紫水河布设8个断面，长乡河布设11个断面，宜湘河大桥工点布设2个断面。用2个已知控制点对测量进行检核,当点坐标经检核无误后，再对水下地形图进行测量。进行水下地形检测时，小船按照预计的速度和路线前行，检测系统自动记录水下地形点的三维坐标。用数字成图软件打开这些数据文件，就可以自动生成所需要的地形图。由于采集点比较密集，经GPS的辅助，点位分布均匀，很好地控制了数据采集点的定位,保证测深仪高程测量的连续变化与均衡性。所以，成图的效果比较理想。实际外业测量及内业数据处理过程中,应注意以下几点:（1）平面高程控制点的选择。控制点的选择要考虑到GPS测量的要求，避免扰靠近发射源，对信号产生干扰，同时也要考虑到施测的方便性和降低成本的要求。（2）地形点采集密度的确定。按照水下地形测量的规范,布设一系列平行测线，在水下地形变化剧烈的地区,相应的增加测线和测点密度,以便较真实地反映水下地形的变化情况。（3）定位检查和测深检查每次作业前后,对已知点进行检查,记录已知点的坐标和高程,在确认该点测量误差满足规定的要求后再进行作业,确保测深点定位的准确性。同样地，在测深仪开始工作前后,也要对测深仪进行检校,保证水深测量正确性。（4）数据采集时,要保持船体的平衡。船体的倾斜会影响定位和定深的精度，使得测深仪对水深进行的测量和GPS的定位位置与测深仪测量水下点位位置发生偏移，影响作业精度。（5）测船速度的确定。测船的速度不宜过快，也不宜过慢。速度过快会导致点位的坐标精度降低，水下地形测绘的精度，速度过慢会导致测量数据的增多，增大了数据处理的难度，同时也会造成财力物力的增加。5.结束语GPS结合测深仪应用于河道水下地形的测量，提高了作业效率和节省人力物力，增大了测量的精度，促进了河道水下地形测量的自动化发展。测量的成果不仅仅是地形图，还有可共享的数字化地形信息。在测量过程中，能够及时发现并解决问题，最大限度地提高了测量精度。参考文献[1]黄勤.GPS和测深仪组合系统在水下地形测量中的应用[J].山东交通学院学报,2008,16(3):35237.[2]吕继书,万仕平,李玮等.GPS结合测深仪水下地形测量原理与应用[J].天然气与石油,2010,28(2):50-51,[3]黄刚.GPS结合测深仪水下地形测量原理与应用[J].现代物业·新设,2014,(11):59-60.[4]刘忠强,杨清臣.GPSRTK配合测深仪在水下地形测量中的应用[J].吉林水利,2010,(11):41-43.[5]梁怀标,马春秋.浅谈GPSRTK配合测深仪在水下地形测量中的应用[J].科技信息,2010,(6):374-376.[6]刘玉林.基于GPS-RTK技术的水下地形测量[J].中国水运（下月）,2013,13(9):209-210.[7]许斌锋,武晓龙等.GPSRTK技术在水下地形测量中的应用研究[J].科技创新导报,2010,(9):12-13.