摘要：本论文首先介绍了GPS网络RTK高精度定位技术联合测深仪测量水下地形的原理，以长兴岛潘石水闸～中央沙水库海塘达标工程测量项目为例对GPS网络RTK联合测深仪进行水深测量作业的原理、过程及精度做了详尽的介绍与分析。笔者希望此文对于GPS网络RTK联合测深仪在海塘工程测量的实际应用具有一定的参考价值。
关键词：GPS网络RTK技术；测深仪；水深测量
引言
随着“十三五”计划的实施，上海市大批海塘达标工程的修建，浅海区域的水下地形测量已经成为海塘达标工程勘察设计中不可缺少的数据资料。对海塘达标工程建设、了解水下地形地貌提供强有力的理论依据。然而影响水下测量的直接因素是水深测量、水位测量以及定位测量。水上定位的精度，以及水位测量的精度，直接影响测量成果的精度。
传统的测量方法是通过GPS技术、配合全站仪等仪器获得水下地形点的平面坐标，利用测深杆或者回声测深仪等方法获取该点的水深数据，然后计算该平面点位对应的水下高程，从而确定该点的三维坐标。这使得传统的水深测量工作极易受到水位变化的影响，从而测深精度较低。而且传统的测量方法投入资源多，工作步骤繁琐，工作效率不高，受天气影响大。2014年笔者单位承担了长兴岛潘石水闸～中央沙水库海塘达标工程测量项目1:1000地形图测量项目。考虑测量区域内水位落差较大，水面波动变化不大，且存在采砂空洞的情况，在水深测量上使用GPS网络RTK联合南方测深仪，在工期紧张、天气恶劣的条件下高精度的完成了水下地形测量，并积累了一定的经验，供大家交流探讨分析。
1 GPS网络RTK联合测深仪测量原理
利用GPS网络RTK联合测深仪的方式。GPS网络RTK高精度的定位GPS接收机天线中心位置的三维坐标（x,y,h），获取待测点的平面位置和GPS接受天线的高程H1。测深仪准确的测量出换能器到泥面的水深H2。用钢卷尺量算换能器到GPS接收机中心线的距离H3。从而得出待测点泥面高程H(H= H1- H2- H3)。因此通过GPS网络RTK联合测深仪通过同步采集数据的方式直接获得待测点的三维坐标数据。在此测量过程中平面定位测量直接借助上海市SHCORS系统运用网络RTK定位测量，无需架设基准站。水下待测点高程通过测深仪自带的水深换算公式H(H= H1- H2- H3)自动换算输出，同时还可以通过数据通信的方式直接将数据传输到计算机。计算机通过相关软件（如南方测绘软件CASS平台）对传输数据处理形成可供勘察设计的水下地形地貌图以及相关的数据文件。GPS网络RTK联合测深仪测量示意图如下图所示。
图1 GPS网络RTK联合测深仪测量示意图
GPS网络RTK联合测深仪测量的仪器有GPS接收机（Trimble R8）、数字化测深仪（南方SDE-28S）、计算机及相关处理软件、便携机、数据通信链。GPS网络RTK联合测深仪测量通过在本次工程中的应用，取得了大量的数据，对GPS网络RTK联合测深仪测量取得的深刻的认识。测量作业主要由三部分组成，测量前准备工作，外业数据的采集，采集数据处理形成成果资料。
1.1 测量前准备测量工作
（1）平面控制测量
采用上海市SHCORS系统。目前上海市已经建立高精度CORS网，其VRS技术平面精度达±3cm（能够满足海塘达标工程测量平面控制测量的精度要求）在测量区域附近建立平面控制网（不少于4个），控制点的布设满足CJJ/T 73-2010《卫星定位城市测量技术规范》第5.2.2条的规定。
（2）高程控制测量
从上海测绘院购买附近高程点作为起算点，按二等水准测量要求引测高程点，作为控制点高程。
（3）新建测量任务
在开始测量前设置好坐标系，投影参数，以及存储文件名。
（4）作业计划
根据测量要求布设相应的主测断面线，根据布设主测断面线的总长和间距布设相应的检查线（检查线总长不小于主测线总长5%，间距不大于断面间距的15倍）。
1.2 数据采集工作
（1）网络RTK进行控制点检核。检核测量满足CJJ/T 73-2010《卫星定位城市测量技术规范》第6.3.11条的规定。
（2）仪器安装
① 数字化测深仪安装，测深仪换能器吃水深度在连接杆条件允许的情况下尽可能的放深一些大致在0.5～1.0m范围。换能器安装在距离船首1/3～1/2处。
② GPS接收机安装在连接杆的顶端，以保证GPS接收机同测深仪换能器始终保持在同一垂线上。
③ 将GPS接收机同数字化测深仪以及便携机连接好后，接通电源。GPS接收机设定好天线偏差改正，延迟改正。测深仪设定好仪器配置、同GPS接收机的通信端口、记录设置、数据格式。
④ 在测量前后将测量船固定在固定点将测深仪测深同塔尺测深进行对比测量，保证测量误差合理后可以进行测量工作。
1.3 数据处理以及数据输出
传统的测量方法在数据处理中要进行大量的系数改正（如水位改正，测深改正，吃水改正，声速改正等）。通过GPS网络RTK联接测深仪测量采集的外业数据在后期处理中无需进行水位改正和吃水程度改正但需要进行船体倾斜改正。长兴岛潘石水闸～中央沙水库海塘达标工程测量项目测区内水面波动不大，在控制行船船速（小于4节）的条件下，不需进行船体倾斜改正。通过数据传输链见数据传输至计算机，计算机利用配套的数据处理软件（如南方测绘软件CASS平台）将数据处理成所需的测量成果（地形图）输出。
1.4 质量精度检查
（1）定位精度检查
在水深测量开始前要将GPS网络RTK在控制点进行检核对比测量。在平面和高程精度满足测量CJJ/T 73-2010《卫星定位城市测量技术规范》要求精度后，才可进行测量。
（2）水深检查
在测量前后将测量船固定在固定点将测深仪测深同塔尺测深进行对比测量，保证测量误差合理后可以进行测量工作。在水深测量过程中通过布设测深检查线进行检查。检查线同主测线的水深进行对比检查。
2 结语
⑴ GPS网络RTK联合测深仪测量的在水面相对平静，潮位落差较大的测量区域作业过程中无需架设基准站河进行验潮站水位观测，后期数据处无需进行水位改正，换能器吃水改正，节约了项目投入成本，也提高了整体工作效率。
⑵ GPS网络RTK联合测深仪测量在后期数据处理中可以直接将数据输出成果资料（地形图），减少了以往繁琐的数据处理过程，便于掌握和推广，而且节约了工作时间，提高了工作效率。
⑶ GPS网络RTK联合测深仪测量在测量中GPS网络RTK在平面和高程测量中精度高，而测深仪在测量前后，以及测量中水深测量的精度准确。
综上所述，通过GPS网络RTK联合测深仪的使用应用在水面相对平静的水深测量的过程中，表现测量精度高，操作简单，后期数据处理简便的技术优势。然而GPS网络RTK联合测深仪在长兴岛潘石水闸～中央沙水库海塘达标工程这一个实际测量为例，没有尝试其在风浪较大、水深较深的测量区域进行测量作业时，它所测算出来的点位精度是否一直是平稳，可靠。今后还有待探索实践。
参考文献：
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[3]马随阳,邸远.测深仪与GPS技术在水下地形测量中的应用分析[J].工程技术：引文版,2016(31):00156.
[4] CJJ/T 73-2010《卫星定位城市测量技术规范》.
论文作者:邹友锋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/22
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