李杰

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

關鍵詞：GPS-RTK；HD280測深儀；水下地形；無驗潮

中圖分類號：U445.583 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0122-02

引言

水下地形測繪是工程設計和施工的基礎資料，是測量水下的三維坐標。RTK測量系統(tǒng)是GPS測量技術與數(shù)據(jù)傳輸技術的結合，是GPS測量技術的一個突破其在一定范圍內三維坐標的定位精度達到了厘米級。在進行水下地形測量時充分利用GPS-RTK測量技術的優(yōu)點，采用GPS-RTK與回聲測深儀相結合的方法可以實時、準確的測量出測深儀換能器處的三維坐標，將此高程減去測深儀所測的深度即可得到水下地形點的平面位置及高程。

1 基本原理

GPS-RTK測量技術是一個實時動態(tài)定位技術，它能夠實時的提供移動站三維定位坐標，其定位精度可達厘米級。

測深儀是一種聲吶測深設備，利用換能器在水中發(fā)射聲波，當聲波遇到障礙物而反射回換能器時，根據(jù)聲波往返的時間和所測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、實時水面高度以及測深儀船體姿態(tài)改正等誤差修正以求得換能器底部至水底的距離。水下定位點的高程計算公式為：

H0=H-Z；

式中 H0-水下定位點的高程；

H-測深儀換能器底部的高程；

Z-換能器底部至水下定位點高度；

圖1中h為測深儀換能器底部到GPS天線的固定高差；H為RTK測量得到的測深儀換能器底部高程；Z為測深儀實測水深，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始終是某一時刻實測的水底面高程，它只和RTK測量高程值H和測深值Z有關。因此從理論上講，RTK無驗潮測深將消除波浪、潮位和動態(tài)吃水的影響，是一種理想的水上測量方法。

2 外業(yè)施測

2.1 測前準備

2.1.1 轉換參數(shù)的采集

根據(jù)復測成果，可以直接用軟件求取需要的七參數(shù)。把參數(shù)直接輸入測深儀里面后，開始工作前對控制點進行點校正，以求出WGS84坐標系到當?shù)刈鴺讼缔D換參數(shù)。參與點校正的點數(shù)不少于四點，我們現(xiàn)場選取DQ7、DQ8、DQ9、DQ10四個點參與點位的校正。

2.1.2 計劃線設計

根據(jù)3#墩沉井的尺寸及需要出圖的比例尺，按照水下地形測量規(guī)范布設計劃線的長度與計劃線的間隔，計劃線應該按照長江流向布設。計劃線長度按照100米，間距按照5米布設。在地形變化大的地方測線、測點的密度要相應增加以便能真實的反應水下地形變化情況。計劃線要另存為DXF格式。

2.2 測量過程

2.2.1 岸上工作

先在岸邊控制點DQ9架設基站，設置好基準站及流動站后須要檢測2個控制點，檢測需滿足規(guī)范要求才可進行下一步測量。

2.2.2 水上工作

首先在距離船頭1/3～1/2船長處安裝換能器，換能器安裝示意圖見圖1。換能器安裝入水深度我們設置0.3米。這主要是為了避免發(fā)動機運轉時以及航行時產(chǎn)生的浪花對回波造成的影響，從而導致測深不準。

2.2.3 測量設置

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

（2）聲速需現(xiàn)場實測。

（3）新建任務，設置任務中的坐標系，投影，輸入轉換參數(shù)、任務名、比例尺等。

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

（5）調入計劃線，根據(jù)導航指示沿計劃線即可開始數(shù)據(jù)采集。

（6）測深完成后點擊停止保存即可。

2.3 內業(yè)后處理

（1）打開測深儀后處理軟件，選擇相應的NAV文件。

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

（3）點擊文件，選擇生成HTT與XYH文件。

（4）點擊功能菜單下的格式轉換，選擇要生成的格式-南方CASS-去掉帶號，高程加負號-選擇HTT文件-確定，到該文件夾找到*CASS.dat文件即可進入南方CASS軟件進行處理。通過對實測的數(shù)據(jù)進行分析和刪除。通過對比實測的水面高程，對采集的坐標數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)進行修正。尤其是在信號不好的地方或者是水深較淺的地方假信號較多。

3 注意事項

（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天線所測的數(shù)據(jù)就會與換能器底部的數(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，換能器長邊要與船身平行。換能器具體安裝示意圖見圖1。

（2）測船速度的確定。測船速度確定是一個重要的問題，船速過快會造成點位坐標精度下降，從而影響水下地形測繪的精度；船速過慢，又會造成財力、物力、人力的浪費。對船速的確定需要綜合多方面的因素進行綜合考慮。包括水流的流速、RTK的采集頻率以及測深儀測深數(shù)據(jù)的延時問題。結合本項目實測面積2500平方米而言，現(xiàn)場測船的速度盡量要保持在3.5節(jié)航速以內?，F(xiàn)場測量時盡量選在無風浪環(huán)境且流速小的時候施測。

（3）數(shù)據(jù)采集時，只有在RTK為固定解時，并且在測深儀數(shù)據(jù)顯示正常的情況下才能對數(shù)據(jù)進行儲存。

（4）在流動站工作的開始于結束時，都要對已知控制點進行檢核，且檢核差值必須符合規(guī)范要求。

（5）測量時一般避免行船方向與水流方向垂直，測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 結語

通過GPS-RTK技術和HD280測深儀的聯(lián)合使用，準確、高效、快速的獲得了3#墩沉井基坑位置的三維坐標，為內業(yè)計算、成圖以及現(xiàn)場施工奠定了基礎。我們在對蕪湖橋3#墩沉井進行水下地形測量時成功的運用了這一技術，既保證了測深精度又提高了工作效率。它是對傳統(tǒng)測量方法的一次變革，徹底改變了以往的作業(yè)模式，以其精度高、效率高、自動化、全天候的優(yōu)點逐漸被越來越多的測量單位所接受。

參考文獻

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