GPSRTK技术在水深测量中的应用

2017年第24卷第8期技术与市场技术研发GPS-RTK技术在水深测量中的应用陈剑(深圳市深水水务咨询有限公司，广东深圳518003)摘要：GPS-RTK技术在陆地测量的应用已经比较成熟，在海洋和海洋工程的测量和应用也正在兴起。通常水深测量采用交会定位，存在受气象的影响大、测量工作环境艰苦、成图时间长等问题。介绍GPS-RTK技术基本原理，总结水深测量作业的基本方法，并分析影响测量精度的因素，实例分析结果表明，GPS-RTK不仅能够完成水深测量工作，并且能够解决传统测量方法精度低、强度大、效率低等问题。关键词：GPS-RTK;技术；水深测量doi：10.3969/j.issn.1006-8554.2017.08.0251无验潮水深测量基本原理GPS-RTK水深测量系统主要包括:数字化测探仪、GPS接收机2台、软件系统三个子系统构成，如图1所示。其工作原理:至少2台GPS接收机（1台流动站、1台基准站）同时工作，利用载波相位差分技术实时处理2个测站的载波相位，并进行差分处理，实时地提供测站在指定坐标系统中的三维定位结果，RTK进行水深测量的工作原理和模式如图2所示。无验潮水深测量时，水深值和水底高程的计算公式如式（1)所示。⑴C=(H-h)-SB二S-(H-h)其中，h为GPS接收机天线到水面的高度;H为GPS接收机测得的高程⑴水准高）；S为测探仪测得的水面到水底的深度;B为水底到水准面的距离（即水深值）；C为水准面到水底的距离（即水底高程）。图1GPS-RTK水深测量系统的构成和原理图2RTK工作原理及模式2GPS-RTK水深测量的作业步骤2.1测前准备1)求转换参数。⑴）将GPS基准站架设在已知点A上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、发射间隔及最大卫星使用数，关闭转换参数和七参数，输入基准站坐标（该点的单点84坐标）后设置为基准站。(2)将GPS移动站架设在已知点B上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、接收间隔，关闭转换参数和七参数后，求得该点的固定解（4坐标）。⑴）通过A、B两点的84坐标及当地坐标，求得转换参数。①建立任务，设置好坐标系、投影、一级变换及图定义。②作计划线。如果已经有了测量断面就要重新布设，但可以根据需要进行加密。③接收机和测探仪设置。测量设备的设置主要包括GPS接收机的设置和数字化测探仪的设置。在进行水上测量时，GPS接收机直接与计算机连接，因此需要通过计算机相关软件对GPS接收机进行设置，保证GPS接收机能够按照设定实施输出位置信息。数字化测探仪的设置主要包括对测探仪端口的设置和对测探仪记录的设置。2.2外业的数据采集1)在确定点架设基准站，将转换系数输入到RTK系统确认转换系数是否正确，确认无误后即可开始测量。2)在作业测量船上将GPS接收机、数字化测探仪与计算机等各种仪器设备连接好。设置好GPS接收机和数字化测探仪，完成记录设置、确认接收机数据格式、测深仪配置、天线偏65技术研发差修正和延迟校正后，沿着测线开始进行测量。2.3数据后处理和出图在完成测量后，利用相应配套的数据后处理软件进行处理，包括:数字化测探仪改正、定位及水深测量误差参数修正、动态吃水参数等，最后形成所需要的测量结果，例如水深图及其统计分析报告等;再使用成图软件对所有测量结果进行打印和输出。3GPS-RTK水深测量影响因素在进行水深测量时，测量结果可能会因为船体的摇摆、RTX高程的可靠性、同步时差和采样速率等因素的影响而引起误差，因此需要对GPS-RTK水深测量影响因素进行分析。3.1船体摇摆姿态在实际测量时，船体会因为各种因素引起摇摆造成船体的姿态偏差。因此可以使用电磁式姿态仪对船体的姿态进行修正，修正参数包括:位置的修正和高程的修正，电磁式姿态仪可以输出船体的航向、横摆、纵摆等参数，通过专用计算机软件对各参数进行修正。3.2GPS输出更新率GPS-RTK测量结果输出的更新率将对测量数据瞬时采集的密度和精度造成影响，目前大多数GPC-RTK的最高输出频率可达到20Hz,但是不同的数字测探仪的输出速率也各不相同。因此，定位时的定位时间和测量水深数据的时间之间存在一定的时间延迟，该时间延迟可以通过延迟矫正进行修正，修正值既可以在斜坡上返测量并计算求解，也可以通过以往的经验数据进行估值。3.3RTK高程可靠性使用GPS-RTK进行水深测量作业之前，需要将RTK测量的水位与人工观测的水位进行比较，以判断使用该方法是否具可靠性。但是RTK高程实际用于水深测量时，其可信度是倍受关注的问题。为了保证水深测量结果准确无误，可以从采集的水深数据中提取高程结果绘制水位曲线。根据曲线的结果来确定RTK高程中是否存在个别跳点，然后通过修正的方法来改善跳点的误差。4实例分析下面以某航道疏浚工程的水深测量为例，分析GPS-RTK技术在水深测量的具体应用。因为该航道狭长，所以采用断面法对水下地形展开测量，断面线与水流方向成垂直关系，其中断面线的间距为50m,断面线上的测点之间的间距为2m。此次水深测量使用中海达GPSV602台，数字型测探仪型号为中海达HD370，成图采用2007CAD和南方Cass软件。首先进行WGS-84坐标系统与当地坐标系统的转换工作。因为采用七参数，因此至少3个已知坐标点。根据已知点Vol.24,No.8,2017的坐标和当地坐标求解出转换系数，然后打开坐标转换系数，RTK测出的坐标便自动转换成当地坐标。然后对GPS接收机和数字型测探仪进行设置，在进行水上测量时，GPS接收机直接与计算机连接，因此需要对GPS接收机进行设置，使接收机按照设置的速率实时输出NMEA-0183位置信息，计算机接收到位置信息后将其储存。完成坐标系统转换和仪器设置后，开始进行外业的数据采集。水深测量作业开始后，计算机上开始显示测点号并自动记录，此时测量船开始沿着显示屏上的断面线开始滑行，测量船速度尽量控制在5节以内。如果测量船速度超过5节，测探仪记录的数据就会出现很多假点，造成测量数据不真实，从而导致返航重测。同时，测量船的航线应该尽量贴近航道两侧，以降低航道两侧测探仪测不到的地方补点的工作量。进行水下测量时，如果航道中有船经过，应该等船经过几分钟后再继续测量，因为水底的淤泥、浮泥会被船桨搅起，测探仪探测的数据存在误差。航道全部水深测量完后保存数据，用中海达数据后处理软件对探测数据进行后处理。数据后处理和出图，首先打开数据处理软件对测量的数据进行展点。因为GPS接收机存在信号误差等问题，因此测深仪测量的数据有错误点、假点等展点后应检查水深测量数据是否有错误，此时应该在平面图上仔细检查，将测量数据的错误点、假点剔除，同时可以通过CASS中的绘图处理高程过滤功能过滤掉错误点、假点。展点检查之后开始绘制断面图，本次水深测量采用自动生成断面法。对测量结果进行大范围出图。5结语随着科学技术的快速发展，GPS-RTK技术在越来越多行业的测量工作中得到应用。本文主要分析GPS-RTK技术在水深测量的应用，首先介绍了GPS-RTK技术应用于水深测量的原理，然后总结了GPS-RTK技术在水深测量中的作业步骤，并分析了影响测量精度的因素和水深测量作业时需要注意的若干问题，最后对实际工程实例展开分析。分析结果表明：与传统的交会定位方法相比GPS-RTK技术能够大幅度提高测量精度、降低作业人员劳动强度并提高测量作业效率，是一种极具应用前景的测量技术。参考文献：[1]李建平，余元军.GPS测绘技术在测量中的应用[J].西部探矿工程，2008,20(5).[2]余小龙，胡学奎.GPS-RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报，2007(10).[3]李本超.GPS-RTK技术与测深仪结合在内河航道水下测量中的应用[J].科技尚品，216(1).TECHNOLOGYANDMARKET(上接第64页）4结语随着城市轨道交通的快速发展以及CBTC信号系统在各大城市的地铁行业中的广泛应用，地铁行业相关从业人员及技术人员对CBTC信号系统中车载信号与车辆接口知识的深人了解也显得至关重要。本文介绍了CBTC信号系统中车载信号与车辆接口功能及重要的接口电路分析原理，为相关的从业人员及技术人员奠定了一定的理论基础，为后续的相关研究提供了一些参考。参考文献：[1]吴勇国.地铁车辆CBTC系统车载信号常见故障探析[J].工业b，2015(5).[2]李芳.南京地铁车载信号至车辆的接口功能与管理[J].现代城市轨道交通，2008(5).[3]蒋承健.地铁车载信号至车辆的接口功能与管理[J].科技创新与应用，2014(8).66