GPS在水下地形测量中的应用研究论文_程新,袁峰

GPS在水下地形测量中的应用研究论文_程新,袁峰

如皋市勘测院 江苏省南通市 226500

摘要:在水利工程建设中,水下地形测量是一项关键工作,直接关系到工程建设的顺利进行。在相关技术不断发展的过程中,许多新技术被应用于水下测量。其中,GPS作为一种新的技术类型,在水下地形测量中具有较高的应用价值,需要做好技术的应用把握。

关键词:GPS;水下地形测量;应用研究

导言:水下地形测量中的GPS误差类别比较多,包括差分GPS定位误差、水面高程传递误差和时间测定误差等。目前,GPS系统已广泛应用于水下地形测量,其系泊动态测量精度可达厘米级。但在实际测量工作中,很容易受到外界因素的影响,产生各种误差。有必要采取有针对性的方法进行分析和控制,提高测量精度。

1当前水下测量技术简介

无论是举世瞩目的三峡水利工程,还是日常的港口建设,水下石油的开采都离不开水下测量技术。随着人类对海洋探测程度的不断提高,水下地形测量的难度也越来越大,这就要求我们进一步完善水下测量技术。在海洋中没有参照物。测量船要准确测量水下环境,就必须借助先进的水下测量仪器。目前,根据所用仪器的不同,水下测量技术主要分为以下几种:(1)光学测量法。这种方法主要通过光学经纬仪和测深仪对水下环境进行测量,但在使用中容易受到地球曲率、通视等条件的限制,且精度不高,使用步骤繁琐。(2)无线电测量法。这种测量方法在测量中主要用到的仪器是无线电定位仪和测深仪,使用时通过两者之间的配合,迅速得出数据,最大测量深度能达到800米,精度很高,缺点是在定位前要进行水位测量,否则无法得出数据。(3)测量机器人法。这种方法在测量中工程主要依靠测量机器人和双频数字测深仪进行测量,并通过极坐标法得到测量数据。(4)GPS测量法。这种方法在测量时首先要选定一个已知的基准点把接收机固定上去,接下来把其他接收器放置在流动载体上,通过卫星的观测测算数据。这种测量手段得出的数据精度很高且测量效率不凡,甚至可以全天候测量。

GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统,英文全名是“NavigationSatelliteTimingAndRanging/GlobalPositionSystem”,其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”,简称GPS系统。在近几年得到了长足的发展,水下测量也越来越离不开它的帮助,目前大部分水下测量工作都是通过GPS技术和测深仪的配合完成的。

2GPS技术的特点分析

GPS技术具有以下主要特点:高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

2.1观测时间

随着GPS系统软件的不断完善,目前20km范围内的相对静态定位仅需15-20分钟;当各移动台与基准站距离在15km范围内时,移动台的观测时间仅需1-2分钟,然后每个站点可以在任何时间定位,只要几秒钟。

2.2可提供三维坐标

经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。

2.3操作简便

随着GPS接收机不断改进自动化程度越来越高有的已达"傻瓜化"的程度;接收机的体积越来越小重量越来越轻极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。使野外工作变得轻松愉快。

2.4测站间无须通视。

GPS测量不要求测站之间互相通视只需测站上空开阔即可因此可节省大量的造标费用。由于无需点间通视点位位置可根据需要可稀可密使选点工作甚为灵活也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。

2.5全天候作业

目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响功能多、应用广。

3应用方式

3.1工作原理

在水下地形测量应用GPS技术时,需要将测探仪换能器同GPS天线保持处于同一个水平面上,并在同一个小船中放置,以此保证两者数据能够实现对电脑端同步、同时的传送。在具体作业中,流动站即能够对基准站发送的数据进行接收,以动态的方式改动测量值,向电脑端传送点位平面坐标值。同时,数字探头还将在获取平面位置水深相关数据的基础上,实现计算机终端的传输。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当计算机接收到多个台站的数据后,计算出相应的水平面水下点,并结合RTK技术形成水下坐标。然后,将数据导入到数字软件中,得到工作所需的水下地形图。

3.2操作方式

要想更好的开展水下地形测量工作,即需要能够科学设置作业系统,主要有数字化测探仪、相关软件以及GPS接收机等。在具体工作中,要准备测量工具,对位置相关的地图进行测量,做好吊具以及绳索的准备,做好测探杆的固定安装,保证其具有稳定的特点。在测量中,需要能够做好船只驾驶人员的选择,提前在目标水域做好观测水尺的安装,同水文站保持联系,以此实现测量相关水文资料的准确获取。同时,需要科学采集外业数据,设置GPS接收机转换参数,对基准站安装,校对准确性,保证能够满足工作要求。之后,将探测器探头固定在船上,连接电脑、笔记本等相关设备,通电后设置定位和参数,并及时校准偏差。之后,可以正式进行水下地形测量。测量船启动后,可以在计算机上显示测量船的动态、水深和图像相关数据。以上工作完成后,需要进行数据处理。通过应用测图软件表示勘探线,保存了水下地形测量图,并根据实际工作需要进行等比例尺图的输出。

3.3误差处理

在水下地形测量工作中,因是处于河流之上的外部作业,在实际测量当中将具有较多的影响因素,进而导致数据误差情况的发生。具体来说,误差情况出现的原因有:第一,在测量当中,所应用的测量设备在精度方面存在差异,并因此在转换数据时可能发生误差情况,对数据正确性产生影响;第二,在测量当中,将使用船只为交通工具进行测量,在具体行驶的过程中,可能因此存在误差,并因此对数据正确性产生影响。同时,船舶在行驶过程中也容易受到气候因素的影响,在一定的晃动范围内会影响测量结果;第三,测量设备的校准也是一个不容忽视的问题,如船闸所用设备的精度不够,后续工作会有差错。如果采样数据和定位数据存在差异,也会导致定位延迟的发生。此外,操作者的行为也会影响测量的准确性。

在实际工作开展中,即需要能够通过科学措施的应用避免误差出现:在测量当中,为了保证测量船的稳定性、满足测量要求,即需要对电磁式姿态仪进行应用,及时做好校正处理,以此在船只航行的过程中对其摆动幅度以及航向进行检测,及时应用测量软件校正姿态。对于因时间差形成的定位延迟,即需要能够在延迟校正当中做好修复处理,也可以联系以往经验加强研究,以此校对数据。对于所用设备的误差,也就是说,要加强对设备的检验。在选择设备时,必须考虑其灵敏度和范围。作业前要严格按要求加强检查,确保设备使用稳定性。作为操作人员,他们还需要能够规范自己在工作中的行为,严格按照标准进行测量,并将出错概率降到最低。

4GPS定位用于水下地形测量

4.1工作原理

GPS测量地下水位时的作用原理是将GPS流动站的天线与探测器安装在同一水平面,确保数据传输的时效性。系统运行时,流动站根据发出的信号连续调整测量值,得到观测对象厘米级的精确坐标,并将采集到的坐标数据传送到计算机。计算机根据水面高度计算平面高程工程,建立三维坐标系。最后,水下地形图只能通过输入数据来生成。

4.2GPS测量方式

笔者通过长时间的实践工作和考证资料,发现了一种比较简便的测量方式。这种方式主要是利用GPS技术,在测量之前定位出基站和水位的坐标,然后将流动GPS装置建立在岸边,通过测量流动GPS和基站之间的距离来准确的测量出水位数据。这种测量方式操作简便,对设备的要求不高,而且测量数据的误差也不高。但由于GPS测量仪容易受到电磁波的干扰而产生误差,因此无法在某些高山密布、电磁波密集的地区使用。

5结束语

综上所述,水下地形测量是一项技术含量高的专业工作,对测量工程师提出了很高的专业技术要求。在进行水下测量时,GPS容易受到各种因素的影响。测量人员应采用专业测量方法,严格控制实施过程,确保其科学性和专业性,以减少水下地形测量过程中的误差,提高测量精度。依据实际工程背景,对于工程单位来说,就需要结合自身实际对测量方法进行合理选择,明确水下地形点位置,从而获取更加可靠的地形点信息,从而对水下地形变化具备清晰的认识,提高水下地形测量质量及效率。

参考文献:

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论文作者:程新,袁峰

论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期

论文发表时间:2020/1/18

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