关键词：GPS-RTK技术；水下测量；应用原理；误差研究
在野外实时测绘中应用时，会受到一定因素的限制，因此，在野外想要获取厘米级定位结果时，需要将RTK定位测量技术应用其中。RTK定位技术以载波相位观测为原理，该技术想要得到有效应用，需要使流动站和基准站保持四颗卫星跟踪，之后利用基准站，将已知信息和观测数据一起传送到流动站之中，GPS观测数据和链接数据能够组成差分方程，从而有效保障信息处理的及时性。
一、GPS-RTK技术在水下测量中应用优势
RTK 工作优势主要体现在以下几方面：
①无须在观测点间进行通视，测量界的难点之一就是观测点间进行通视，但是将 GPS 技术引入其中，可以使该难点得到有效解决，在空间方面，无须进行通视，从而使选点的自由度得到有效保障，但同时需要对其进行必要的注意，为了使 GPS 卫星信号被干扰的现象得到有效避免，要使测量上空的宽阔度得到有效保障；②气候对观测不会产生影响，并且时间较短，当基线处于 20 km 之内，只需 5 min 就能完成快速定位；③能够实现三维坐标显示，GPS 测量不仅能够使观测点的平面位置被有效获取，而且能够对观测位置的大地高程进行精准的获取，从而以三维坐标的形式来进行呈现；④操作具有明显的便利性，GPS 测量技术的自动化程度较高，在运行开始之前，相关工作人员需要对相关仪器进行开关、监视等操作，可以将复杂跟踪作业步骤省略。
在进行水上石油平台、跨河/海桥梁、跨河隧道、河道或者海岸整治等工程建设时，需要对水下地形等进行精确测量，从而在确保建筑质量的同时提升建筑后续使用的安全性。然而，由于水文情况不断变化，现有的GPS－ＲTK测量技术存在或大或小的误差。因此，需要熟悉GPS－ＲTK测量技术的应用原理，并在测量实践中不断探索其应用精度改善的途径。尤其是要对产生误差的原因进行分析，根据这些原因，从计算技术、操作方法以及指标设置等角度进行误差控制。
二、GPS－ＲTK技术在水下测量中误差的影响
尽管GPS－ＲTK技术已经比较成熟，然而在水下测量中的精度仍然存在一定误差。导致测量误差产生的原因包括设备精度、作业环境以及测量人员业务水平等。
（一）水面变化影响到钢尺测量的精确性
在进行水下测量作业时，风的大小难以被控制，会导致水面呈现波动状态，这就导致难以确定一个精确的静态水面。此时，用钢尺测量所获取的船舶吃水深度、ＲTK到水面的距离等指标数据精确度就会受到影响。
（二）传输时间延迟产生定位误差
在水下测量时，船舶不可能处于绝对静止状态，这就导致ＲTK输出的数据在传回控制中心时与初始定位存在误差。假设ＲTK以10组/s的频率发出坐标，而船舶的航速为5kn，坐标数据传回存在的延迟时间为0.1s，那么会发生的定位误差为0.257m，这就不难理解为什么会产生测量误差了。
（三）操作不规范所造成的误差
在使用GPS－ＲTK技术进行水下测量时，需要严格同步所有设备的时间。然而，由于操作不规范的原因，如果GPS－ＲTK与计算机时间没有同步，而又选择采用UTC时间，那么定位坐标、GGA、测探数据等在计算机中被处理时将按照UTC时间操作。如此一来，在UTC时间与电脑时间存在差异的情形将导致三位信息混乱，从而使得测量数据不可靠。
（四）声速剖面引起的误差
声音在水中的传播速度不是恒定的，它会受到水质、含盐量、水深、温度以及硬度的影响。尤其对于时间跨度长、水面跨度大的水下工程，季节变化以及水下基槽的变化也会引起声速的变化。假设ODOM测探仪器发射时的声速为1500m/s，发射频率为1～20次/s，水深度为40m，一个地形回报信号的时间为0.053s;如果在其他参数不变的情况下，水温变化导致声速变化为1510m/s，那么距离测量结果将会发生0.53m的误差。
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（五）潮位周期引起的误差
在水下测量作业的过程中，船舶总是会受到水波浪的影响。尤其是在测量船长度及宽度较小时，波浪波长对船舶对影响更大。此时，船舶静态水面到当地基准面之间的距离T就会受到较大的影响随着波浪影响的持续，这种影响会被累积起来，从而影响到地形数据h的精确性，所测得的水下地形三维数据也会产生较大误差。
（六）高程异常引起的误差
重力场以及椭球曲率半径测量发生差异的可能性较大，会进一步导致参考椭球面与模拟大地水准面存在重合偏差。加之ＲTK基站在随时发生变化，这种偏差会表现得更加明显，并进一步导致高程异常。比如，在对狭长区域进行水下测量时，上述偏差随着ＲTK基准站的变化较明显，85高程与h的精度都会受到影响。
二、有效控制GPS－ＲTK水下测量误差的策略
GPS－ＲTK水下测量误差会对相关参数的计算精度产生重要影响，并会对工程质量起到不可忽略的作用。因此，需要在测量作业中采取多种策略来对GPS－ＲTK水下测量误差进行控制。
（一）消除波浪对L的影响
d+L为ＲTK天线到船底换能器之间的距离，它是一个固定值。因此，可以用钢尺将d和L两个分值的测量合二为一，即，直接测量ＲTK到船底换能器的距离，并将其记为N。船舶吃水深度d也可以被改正为一个固定值，那么ＲTK天线到静态水面之间的距离L也可以被视为一个固定值，其计算方法为L=N－d。以上改变并不会影响h的计算方法，从而可以提升水下地形测量的精度。
（二）消除波浪对平面数据造成的误差
在测量作业的过程中，需要保持船舶纵轴垂直于波浪，即船舶应该垂直于波浪移动。在这种情形下，H与S测量中的误差就可以相互抵消，从而可以对见效最后的测量误差有积极作用。船舶垂直过程中，波浪对船舶对横向晃动会相对缩小，对于仍然存在误差的参数S，可以通过采用运动传感器来消除或者有效减弱。
（三）控制时间延迟导致的测量误差
需要将GPS时间、计算机时间及其他设备的时间进行精确同步，防止时间混乱导致测量结果的失真。
需要精确计算声速的变化，并根据实时变化情况作出改正，尤其是要在内业处理时采用确实的声速，从而提升地下三维ＲTK测量的精度
（四）设置水文观测站
扩大水文数据的截面在对水下地形进行测量后，会通过内业处理来对获取的数据进行优化。由于短时间内获取的流向、流速、盐度、温度、浮标海浪等数据难以精确反映真实情况。
因此，需要通过设置水文观测站对相关水文数据进行长时间统计，从而通过更大截面的数据来获取更加精确的调整值。比如，通过较大数据，可以将ＲTK潮位设置为大截面波浪半周期数据的整数倍值。如此一来，船舶静态水面与当地基准面之间距离值T的误差就可以得到有效减弱，从而有助于提升地下ＲTK测量的精确度。
结束语
在水库水下地形图测绘中应用GPS-RTK技术，不仅能显著减少工作量，而且能够使工作效率和精准度得到显著提升，因此，对GPS-RTK技术进行全面研究具有重要的意义和作用。由于时代在不断的发展，因此，需要对其进行不断研究，从而使其能够在水库水下地形图测绘中的作用得到最大化体现。
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论文作者:马德强
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2期
论文发表时间:2020/3/17
标签：测量论文; 误差论文; 水下论文; 技术论文; 数据论文; 船舶论文; 时间论文; 《城镇建设》2020年2期论文;