摘要：本文基于现有仪器设备构建基于网络RTK 无验潮水深测量系统，介绍了GPS-RTK无验潮水下地形测量基本原理方法，采用江苏Cors进行校正，分析中海达HD-MAX测探仪无验潮模式在水深测量中的应用，阐述了水深测量作业应注意的问题。
关键词：CORS；无验潮；水深测量
通过测深技术对河道定期勘察，枯水期前测量能客观的反映自然状况，为提高船舶通航能力等提供水深资料，便于有针对性的对河道水库进行管理整治。随着科技的发展，GPS-RTK技术广泛应用于水深测量中，无验潮模式水下地形测量优点明显，在沿海大面积水深测量中，常规验潮方式需要按距离分块布设潮位观测点，观测点配备工作人员进行潮位观测，不易求出准确的潮位数据，无验潮模式改进了水下地形测量的工序，在GPS-RTK信号覆盖良好地区，可满足测量规范水深精度要求。GPS-RTK采用大地高，需要对转化后的高程精度评价。
一、无验潮模式水深测量技术研究
水深测量发展与相关领域发展联系密切，水深测量在读图的测绘环境中逐步形成了独立的发展体系。定位技术是水深测量技术的重要部分，根据离岸距离，水上定位方法分为光学定位，无线定位等，光学定位以交会法为主，早期的后方交会法多采用六分仪，但点位精度较低，前方交会法使用普遍，广泛应用于近岸港口水下地形测量中。
卫星定位利用全球卫星导航系统进行定位，以其高精度，全天候，多功能等优点，广泛应用于水深测量定位工作。80年代开始，GPS卫星定位技术逐渐普及，随着美国GPS广泛应用，欧洲Galileo系统逐步建立，美国WAAS等广域差分增强系统建立，全球卫星导航系统可用卫星达到80颗，多频率多星组合导航定位克服使用单GPS系统图的局限，在观测环境较差的区域得到稳定的定位结果[1]。
目前CORS系统建设逐渐规范化，但仍存在一些问题，主要包括系统稳定性有待检验，大多采用国外系统，只能提供WGS-84高程，与我国国家高程基准存在高程偏差。现有CORS系统支持北斗卫星，保障单北斗星座的高精度定位能力。
江面进行水深测量受到波浪的影响，原始水深数据需经换能器吃水，涌浪等归算改正得到固定基面的图载水深，使用传统有验潮测量方式，最终精度受换能器吃水等因素影响的精度。目前无验潮测量技术成为水深测量的研究热点，但网络RTK测量方式测出高程为大地高，无验潮水深测量需高度为85正常高，目前小区域范围内使用基于七参数转换，高程基准转换限制了无验潮技术的应用。
二、无验潮模式下水深测量原理
现代水深测量基本模式是测深采用多波束测深设备，定位采用GPS为平面定位手段，根据测得水深进行潮位等改正得到水深点高程值。广泛用于测量水域位于验潮站范围内，工作水域超出验潮站作用距离范围不能获取实时验潮资料难以实施，通常采用卫星潮汐获得潮汐变化资料。
随着OTF技术成熟，模糊度能精确确定，保证GPS载波相位实时差分技术获得毫米级的水平定位精度，使得人们对GPS应用不局限于平面定位方面。GPS差分测量可以精确的测定两点相对高差可反算出流动站GPS相位中心高程， RTK技术是载波相位差分技术，将采集载波相位发送给流动站求差解算坐标[2]。
影响水深值误差主要源于RTK系统测高产生误差及测深仪误差，RTK测量是在WGS-84坐标中进行，作业时首先获取测区为高程异常等值图，根据测区高程异常值进行修正得出正常高，采用高程拟合消除高程异常，可达到四等水准精度，消除误差的问题。
影响测深精度的主要因素是测深仪测深精度，次要影响因素有声速改正误差，定位改正误差等。动吃水发生在垂直方向，位移量可通过GPS天线相位中心瞬时高程信息反映，减去到换能器垂距，是换能器发生面瞬时高程，船体的动态吃水不用测定换能器瞬时高程。应用RTK无验潮测水深需要考虑对测量精度的影响因素。综合改正数合理，则高程精度满足《海道测量规范》精度要求。
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三、基于CORS无验潮模式在水深测量中的应用
1.江苏CORS测深仪无验潮模式
江苏省卫星定位综合服务系统由地理信息局负责，遵循降低系统建设成本的原则合作建设，是江苏省测绘地理信息局十一五期间的重点项目，系统主要内容包括控制中心部分，数据发布部分。项目在2006年底建成投运。江苏CORS通过在全省范围内建立若干GNSS连续运行参考站，覆盖陆海地区，建立全天候、高精度的全球导航卫星系统综合信息服务网，构成江苏高精度的现代四维大地参考框架。系统实时定位精度优于3cm，事后处理可实现毫米级定位精度，高程优于5mm。
无验潮模式水深测量利用CORS系统，在仪器设置中输入GPS天线高，测得水面大地高，得到水底的三维坐标，通过七参数转换为国家高程，测量时受潮汐影响较小，补考了测量船舶的动态吃水。
采用中海达HD-MAX测深仪，MiniSVP声速剖面仪进行水下地形测量，中海达HD-MAX测深仪测深范围为0.3-600m,水深最大采样速率为30次/s,测深精度±100mm+0.1%h,中海达K9定位仪RTK平面精度为±0.8cm+1ppm，MiniSVP声速剖面仪量程为1375-1900m/s，精度为±0.02m/s。
2.无验潮模式在水深测量中的应用
为了解水深情况，进行水下地形测量工作，测区面积为150k㎡，对测区进行踏勘，控制点保存状况良好，作为项目首级控制网。选择测区附近的C级GPS控制点作检核点。较差△X=-0.003m,核算结果满足精度要求。
选择水深大于5m的海底平坦处，水深比对限差符合《海道测量规范》及项目技术设计要求。采样数据个数N=25，中误差δ=±0.01m。K9定位仪对定位设备进行连续8h稳定性实验，计算控制点坐标与已知坐标较差。中误差Mx=±0.015m，Mz=±0.022mm，已知点插值△X=0.003m,△Z=-0.03m.
测量前使用K9定位仪在GPS控制点上进行坐标对比，使用K9定位仪进行水深测量。在测区水深较深区域测量声速剖面，较差满足规范要求后开始水深测量。
检查仪器设置，确保声速输入无误进行地形测量，单击海洋测量，进行数据采集记录，GPS解状态需处于固定解，偏航窗口实时显示偏航信息，做好现场情况记录，如遇到碍航物及时做好标记。对原始错输水深点改正，进行水深点取样，采用Cass9.1绘制等深线，得到水下地形图。
无验潮模式进行检点位水深对比时，重合深度点不符值限差，水深5m内为0.2m,10m以上水深的4%,检核水深点431个，超限率为1.4%，位置地形变化明显。无验潮模式在平坦地区比对，测量成果质量良好，采用GPS-RTK测量滩涂地形，区域重叠面积为0.2k㎡，比对总点数86个，不符值比例为1.2%。
3.水深作业注意问题
江苏省卫星定位综合服务系统可以使用网络动态定位技术服务，在沿海有乐亭与黄骅港站，离岸20km外Cors信号较弱，不适宜采用无验潮模式，作业采集时需注意Cors信号覆盖问题。
设置GPS信号为固定解采集水深数据，GPS天线相对测量点平面位置偏差为0.如在其他位置需在输入GPS天线相对测量点位置偏差，多次测量取平均值，输入定位仪得到水面高差。个别时段GPS信号为非固定解，造成数据采集空白，需要及时补测。
结语
利用HD-MAX探测仪进行水深测量，无验潮模式与验潮模式对比，无验潮模式是水深测量的发展趋势，但受Cors信号限制，需加强研究。采用中海达HD-MAX结合无验潮模式方便，减少验潮站人力物力投入，GPS接收机固定在测深杆上，不需考虑测量船的动态吃水，相比常规采用RBN/DGPS信标定位精度高。
参考文献
[1]冀念芬,王成志.GPS-RTK无验潮技术在围海工程水深测量中的应用[J].四川水泥,2019(07):117.
[2]崔坤生,曹正伟,宋晓蛟,左利钦.RTK无验潮水深测量误差分析及控制方法[J].测绘地理信息,2019,44(03):38-41.
论文作者:王苏,李铭华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/12
标签：水深论文; 测量论文; 高程论文; 精度论文; 模式论文; 系统论文; 地形论文; 《基层建设》2019年第25期论文;