摘要：本文水下地形测量为例，重点介绍了RTK技术及其水下地形测量基本原理、水下地形测量工作流程及精度控制等内容，并简单介绍了水下测量中的几个注意事项。
关键词：RTK；测深仪
引言
GPS（全球定位系统）实时动态相对定位RTK技术（Real Time Kinematic），现已广泛应用于中小型城市工程测量、土地测量和航空摄影测量等领域，由于其能实时提供待定点的坐标，较静态定位方式给测量带来了很大的便利。实现RTK作业的关键在于基准站能够把其差分数据信号实时地、准确地传送给所有的移动站。现在通行的手段是利用无线电台来传输，少数还使用GSM手机通信，但这两种手段都存在一些缺陷，电台高频信号近乎直线传播，绕射能力差，即使基准站架设于高处，仍然存在许多死角；功率有限，传输距离短，特别在城区遮挡干扰严重时，只能传输两公里左右，因而不能大范围的共用基准站；需要电台、电瓶、发射天线等，设备繁琐沉重、易损坏，给作业带来很多不便。GSM手机传输信号设备简单，但费用高、速度慢，一般不能一对多，实际应用存在障碍。
一、RTK技术的原理和关键技术
1.1 RTK测量工作原理
把一台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测，把采集到的的载波相位观测量调制至基准站电台载波上，再通过基准站电台发射出去。流动站在对GPS卫星进行采集载波观测量的同时，也通过流动站的电台接收由基准站电台所发射出的信号，经解调后得到基准站载波相位观测量。流动站GPS接收机再由基准站载波相位观测量与流动站载波相位观测量，求解出整周模糊度，并最终求出厘米级的精度流动站位置。移动站可处于动态，也可处于静态，可以在动态条件下初始化，也可以在一个定点上进行初始化，然后进入动态进行工作。
数据处理技术和数据传输技术是RTK技术的关键。随着科学技术的发展和提高，rtk技术已经发展到了广域差分系统，还有一些城市建立起CORS系统，使RTK技术的测量范围有了很大的扩大，并且在数据传输方面也取得了长足的发展，大大的提高了数据传输效率和范围。现在的RTK仪器也比传统的精度高、简便、易实现。
1.2 RTK的关键技术
1.2.1 RTK系统采取了快速算法，能够准确快速地求出整周模糊度，但需要对RTK的成果质量进行控制，可以利用重测RTK测量链进行比较复核。2.2.2 RTK定位要求基准站向移动站发送实时信息，有很快的数据传输速度。
2.2.3 RTK测量和地籍测量所用的坐标不同，而RTK用于实时测量，要求立即给出54坐标或当地坐标。因此，坐标转换就显得很重要。在工程应用一般使用平面转换和高程拟合的转换方法。
1.2.4参考点的选择和建立应该满足的条件：
1.2.4.1 有正确的已知的坐标。
1.2.4.2 应该在地势较高而且交通方便，天空较为开阔，周围无高度角超过10°的障碍物，有利于卫星信号的接收和数据链发射的位置。
1.2.4.3 为防止数据链的丢失以及多路径效应的影响，周围无GPS信号的发射物、无高压线、电视台、无线电发射台、微波台等干扰源，应选择土质坚实、不易破坏的地方。
1.3RTK 的优势
1.3.1作业效率高
在一般的地形条件下，高质量的RTK设站-次即可测完5km半径内测区的点位测量，大大减少了传统测最所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数。只需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即可获得-组移动站的坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。
1.3.2定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累
只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为5km），RTK 的平面精度和高程精度都能达到厘米级，完全可以满足-般工程测量的精度。
1.3.3降低了作业条件要求
RTK技术不要求两点满足光学通视，只要求满足“电磁波通视"。因此，和传统测量相比，RTK 技术受通视条件、能见度、气候、季节等因索的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障時而造成的困难通现地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业，使测量工作变得更轻松、更容易。
1.3.4RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大
RTK可胜任各种地形地籍测量的内、外业或工程放样工作。移动站利用其控制器内装备的软件控制系统，无须人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。
1.3.5操作简便，容易使用，数据处理能力强只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。
1.3.6 RTK 省时高效，在一般条件下，能很快完成初始化（一般为十几秒，快的几秒）。在有遮挡的情况下或卫星分布不好时，初始化时间较长，有时甚至不能完成初始化。
1.3.7在满足“电磁波通视"的情况下，RTK工作半径能达到十几公里，在RTK的有效工作半径内，能达到厘米级精度，且平面精度要优于高程精度，可靠性好。
1.3.8 RTK测量受信号遮挡情况、到基准站距离、卫星分布、天气条件等的影响，因此RTK实际作业时的关键问题是“选择"，包括选择机型，选择基准站控制点和作业时段，选择卫星高度角和数据链频率。
1.3.9 RTK的关键技术是整周模糊度的快速解算和数据链的传送技术，这些技术的不同表现出各种机型功能质量高低的差异，RTK系统的质量越高，其初始化能力越强，受环境的限制越小，所需时间越短，精度越高，作业半径越大，因而效率也就越高。
二、技术原理
2.1 GPS-RTK基本原理
RTK（Real Time Kinemat ic）测里技术即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测里的差分方法oRTK有常规RTK与网络RTK之分，常规RTK系统主要由一个参考站（基淮站）、若干个流动站及数据通讯系统组成。在常规RIK作业模式下，一个临时建立的基准站对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并通过数据通讯系统将其观则值和测站坐标信息直接传送给流动站，流动站采集GPS观则数据的同时，通过数据通讯系统接收来自基准站的信息，并组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。它由基准站接收机、数据链、流动站接收机组成。
网络RIK也称多基准站RIK。它由基准站网、数据处理中心、数据通讯链路和用户部分组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆基准站GPS接收机按一定采样率进行连续观测，通过数据通讯链路实时将观测数据传送给数据处理中心，数据处理中心首先对各个站的数据进行预处理和质量分析，然后对整个基准站网数据进行统一解算，实时估计出网内的各种系统误差的改正项（电离层、对流层和轨道误差），建立误差模型。
2.2测深仪工作原理
测深仪是一种单波束测深设备，工作原理是利用换能器在水中发出声波，当声波遇到障碍物而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，就可以求得障碍物与换能器之间的距离。按照使用声波频率的个数，可分为单频和双频。单频测深仪仅用于一般的水深测量，双频则深仪可以同时测量淤泥表面深度和积岩深度，从而获得淤泥厚度，故后者还可以用于淤泥土方计算。
三、水下地形测量
3.1测深设备的安装使用
我们采用的中海达HD27测深仪，测深仪在使用前应进行动态、静态比对试验测深仪一般安装在测量船的中舷处，因为中舷处在航行中吃水线变化最小，测深仪换能器以安装在水下50cm至船底略高位置为宜，但为避免被测区水下渔网和杂物碰撞测深仪设置包括吃水深度设置，声速设置。
3.2 断面线的布设
在水下测量过程开始前先要在测深仪进行水下测深断面线的布设，断面线要求垂直水流方向布设，断面，线间距为40m，在河道转弯处进行适当的加密。
3.3 基准站的设立
为了在保证在测量过程中能快速及高精度的固定解，基准站应该符合一下要求：
（1）GPS RTK基准站宜选择在等级控制点上，也可以选择在测区中心区域临时固定点上；
（2）用电台进行数据传输时，基准站宜选择在测区相对较高的位置；
（3）用移动通信进行数据传输时，基准站必须选择在测区有移动通信接收信号的位置；
（4）对于需长期和经常使用的基准站，宜埋设有强制归心的观测墩；
（5）在基准站应该设在开阔的地域，在仰角10°的范围内因没有遮挡物。
3.4 水下地形测量
水下地形测量应根据天气、风浪、潮汐等情况，合理安排时间，当风浪较大，气候恶劣，影响人身，仪器安全的时候应停止测量.在测深仪里将上述求得的七参数设置在测量软件里，并进行已知控制点的校核，在校核无误后方可进行测量。
四、工程作业基本流程及注意事项
4.1工作原理
RTK结合测深仪进行水下地形图测量是利用RTK技术的快速、高效及其全天候作业和测深仪的测量水深的准确性结合起来的一种全新的水下测量方式。他的原理是利用RTK 提供WGS-84坐标经过测深仪求得的坐标参数改正结合水深改正通过处理后得到正确的坐标高程。
4.2工程实施流程
仪器设备：两台双频GPS中海达V30GNSSRTK，一套中海达HD-MAX测深仪，两个12V铅酸电池（其中一个备用），测里船只一条，救生设备若干。
首先施测了一个E级的GPS静态网和一个四等水准，以此在海湾的四周建立了一个由7个E级点组成的平高控网利用湛江市市国土资源局提供的三个D级GPS点和三个二等水准点求出7个静态点的北京54坐标和1985国家高程。由于测区呈线状，宽度较窄而长度却很长，为了提高精度两个E级点之间的距离最好保证在12KM以内。在测区旁边选择-个开阔、地势较高的地方架设基准站，并虚拟得到这个点的WGS-84坐标。另一台作为移动站并通过机身自带的GFRS的通讯模快接收基准站的差分信号，固定后测里出E级点的WGS-84坐标。
利用测深仪自带的程序进行坐标转换，在测深仪中打开中海达测量软件，并在系统设置里面设置好中央子午线、坐标系统，在坐标转换选项中输入移动站测出的WGS-84坐标和相对的静态求的北京54坐标和四等水准求得的85高程；添加完7个E级点后选择解算求出参数，如果符合规范则保存并退出。
上船后把换能器和GPS都固定在测深仪配套的连杆上，把联杆垂直固定于测里船的一侧，接通仪器后开机并设置好参数，按照垂直于河边方向15米间隔测里一排点，平行于河边方向15米间隔测里一排点，点位间隔为5米进行水下测量里。测完之后通过测深仪自带软件进行无验朝数据改正，改正之后就可以得到”*.dat”格式水下数据文件，可直接在南方CASS软件里展出。
4.3注意事项
4.3.1和已知点比对三维坐标
上船之前和测量完成之后都要和已知点进行比对，以确定经过测深仪参数改正后得到的成果是否正确。由于事先已求好参数解算，因此连接好GPS后在测深仪屏幕上可以实时显示当前位置的当地坐标，所以只要把天线放在已知点上设置好天线高等就可以检查坐标高程精度。在船上也要时不时利用标杆粗略检查下测深仪的测深精度以防仪器出错。
4.3.2基准站坐标精度
当基准站坐标精度较低时；流动站得到的三维位置都带有系统偏差，即流动站具有与基准站相同或低于基准站的精度。另外基准站的坐标精度也直接响到转换参数确定的精度。同时求坐标转换时至少需要三个已知点，但是如果有只有三个点无法在测深仪里面看到精度，所以要有三个以上的控制点来求取转换参数。
4.3.3风浪对水下地形则量里精度的响
由于GPS天线与测深仪换能器之间联杆的长度为--固定直，因此测深船的垂直起伏不会给水下地形测量的精度带来影响o但测深船的摇摆会造成GPS天线与测深仪换能器之间联杆的倾斜。联杆的倾角为，联杆长为L，其引起平面定位的误差△P为：△P=LsinB。其引起垂直方向上的误差△H为：OH=L-H=L（1-cosβ），可见△P和△H的大小主要取决于L及的大小。由风浪引起的联杆倾斜对平面定位的精度影响较大，而对高程的精度影响很小。只要将联杆长度缩短到2米或以下，这两项误差影响可完全忽略。
结束语
随着RIK技术越来越成熟，RTK的应用范围会更广泛。RIK结合测深仪进行水下地形测量具有高效、准确的优势，但其也存在着致命的缺点，即基线超过一定长度，RTK的精度将无法得到保障，还有河边的树木、高山等也影响了RIK的精度。不过随着OORS技术的发展，水下测里量会正式步入RTK时代。
参考文献：
[1]李伟.浅谈RTK测量技术在线路测量中的应用.北京测绘.2012.02.
[2]陈树.RTK测量技术在工程测绘中的应用和特点探析江西建材.2015.07.
[3]程林.RTK测量技术在地质勘查中应用研究硅谷.2013.07.
[4]郑发.RTK测量技术的探讨.中国新技术新产品.2017.06.
论文作者:陈小光
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/6
标签：测量论文; 基准论文; 坐标论文; 精度论文; 水下论文; 作业论文; 流动站论文; 《基层建设》2019年第22期论文;