摘要：将GPS-RTK技术应用在水下地形测量中，可以有效提高测量效率及测量精度，而且还可以实现全天候的检测，不受通视条件等因素的限制，推动了水下地形测量工作水平的提高。本文就针对GPS-RTK在水下地形测量中的应用进行深入探讨。
关键词：GPS-RTK；水下；地形；测量
水下地形测绘作为测绘科学技术的重要组成部分,是海道测量、湖泊测量的主要内容。水下地形测量最基本的工作是定位和测深。传统水深测量船在海面上的定位采用传统的极坐标定位方法，测量时水位观测也是采取专人定时读水尺记录读数的方法。受地球曲率、通视及测站条件的限制难以满足需要，且精度低，并同时要进行水位测量，随着GPS技术的广泛应用，尤其是RTK技术的出现，使得水上测量采用RTK技术进行工作成为可能。极大地提高了水深测量的作业效率、较大的提高了测量定位精度，使工程变得更经济。
1、GPS-RTK技术概述
1.1实时载波相位差分
GPS静态测量的方法是各个接收机独立观测，然后用后处理软件进行差分解算。那么对于RTK测量来说，仍然是差分解算，只不过是实时的差分计算。也就是说，两台接收机(一台基准站，一台流动站)都在观测卫星数据，同时，基准站通过其发射电台把所接收的载波相位信号(或载波相位差分改正信号)发射出去;那么，流动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号;在这两信号的基础上，流动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。
1.2坐标转换
空间相对位置关系不是我们要的最终值，因此还有一步工作就是把空间相对位置关系纳入我们需要的坐标系中。也就是说，要通过坐标转换把GPS的观测成果变成我们需要的坐标。这个工作有多种模型可以实现，我们的软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，再用已知控制点计算2维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出他们的高程。
2、水下地形测量的特点及方法
2.1水下地形测量的特点
水下地形测量作为当前我国测绘科学技术的重要组成部分，由于其自身地形起伏的原因导致在测量水下地形时无法直接观察水下地形。水下地形测量难度较大，这使得在测绘水下地形时只能利用定位及深度测量的方法来完成水下地形测量工作。
2.2水下地形测量的主要方法
海道及湖泊是水下地形测量的主要目标，在测量水下地形时具有多种测量方法，既包括新兴的GPS-RTK技术测量方法也包含传统水位测定结合与极坐标定位相结合的方法，在利用传统的测量方法进行测量水下地形时主要是先利用极坐标法进行定位，再利用测量仪器来定位水下的三维坐标。此外，在测量被测水域的水深时应首先测出不同设测点的水深并将其有效地转化成高程。为有效地完成水下地形的测量工作就需要同时进行水深测量工作及定位工作，但是在测量水下地形时采用传统的测量方法会受到仪器因素、自然因素等方面的影响，使得水下地形测量的难度较大且无法保证水下形测量的精确度及准确性。在测量水下地形时应用先进的GPS-RTK技术对提高水下地形的测量效率、测量精度等方面都有着十分重要的作用。
3、GPS-RTK技术在水库水下地形测量中应用的准备工作
3.1布设控制网
应用GPS-RTK技术进行水库水下地形测量，首先需要布设控制网。在该水库进行平面控制网的布设工作，其控制网布设范围应满足整个测区的测量需求。充分应用测量区域内控制网资料，合理布设测点。按照测量要求，该工程平面控制采用1954年北京坐标系，高斯3度带投影。测区纬度28°35′，测区基准面为220米，折光系数取0.14。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该工程共布设28个点，并与已知的2个平面点进行组网，形成E级GPS控制网，经过平差后，重复基线、同步环、异步环检验都合格，最弱相邻点边长相对中误差1：63237小于1：20000。为保证控制点的高程精度，同时布设一个四等水准测量控制网。
3.2坐标参数的转换
在GPS系统中应用的坐标系为WGS84坐标系坐标，而本次工程需要的1954年北京坐标系，为满足测量要求，需要进行坐标参数的转换，将WGS84坐标引入到1954年北京坐标系，并通过计算，对WGS84大地高到地方高程进行参数转换。在进行坐标转换参数求解时，多应用控制点联测法进行计算。在该水库水下地形测量中，通过联测法对测量范围内的GPS控制点，如E001,E014,E025进行联测，最终获得转换参数，且转换参数精度较高。
4、GPS-RTK技术在水下地形测量中的应用
在该水下地形测量中应用GPS-RTK技术，在水面平面定位及水面高程测量作业中，选择两台GPS-RTK流动站及一台GPS-RTK基准站协调作业，通过一台中海达测深仪进行水库水深测量，通过导航软件，实现定位及导航，并采集水深等数据。在测量作业中，将导航软件定位时间、导航时间与采集水深的时间统一，全部采取GPS时钟时间，从而避免计算机与GPS之间存在的时钟误差。应用全站仪，对水库水面高程进行测量，并将全站仪水面高程测量的结果与导航软件水面高程测量结果及GPS-RTK所获得的水面高程数据进行对比，并应用测尺，对水面高程进行测量，通过对比所有数据，当结果保持一致时，方可进行水库水下地形测量，以此消除误差，保证测量精度。设置水下数据采集以每秒一组的形式进行获取，并对数据分析与处理。在进行水下测量作业的同时，应用全站仪直接验潮，并在水下测量之前开始测定，其测量时间间隔设计为10分钟，当水下测量结束后，全站仪验潮仍需要进行10分钟测量，从而保障水面高程测量的精度。在水库水下地形测量时，其布线方式上选择为断面法，断面间距设计为20m，保证断面与岸线连线保持垂直。在完成水库水下地形测量工作后，需要核实高程数据是否符存在异常，在保证数据准确的基础上，利用测量软件转换为数据格式，并与水上地形结合，实现数字化成图，最终获得该水库1:2000水下地形图。通过研究发现，该地形图测量精度很高，符合水库可行性资料的要求，为水库设计与施工提供了基础数据。
5、需要注意的问题
（1）基准站一般应选在周围视野开阔，避免在截止高度角15°以内有大型建筑物；避免附近有干扰源，如高压线、变压器和发射塔等；不要有大面积水域；为了让基准站差分信号能传播的更远，基准站一般应选在地势较高、地质条件好、点位稳定、易于保存的地方，同时顾及施测的便利，尽可能利用原有的标石观测墩。（2）考虑到测点平面位置与测深仪水深值的同步问题，以及GPS所测的水面点与测深仪所测水下点是否重合的问题。因此，要求GPS接收天线和测深仪的探头安装在一条垂线上，而接收GPS的定位信号和测深仪所接收的测深信号必须同步，否则都要进行相应的改正。探头一般要求安装在船的侧边，以免后面的浪花影响测深的精度。（3）测船速度的确定。测量船的航速是一个直接影响测量成果的重要因素。航速过快，会造成接收GPS的定位信号和测深仪所接收的测深信号同步性减弱，点位坐标精度急剧下降，从而影响水下地形测绘的精度，而过慢时，会造成测量数据过多过密，使后期数据处理过程过于繁琐，影响效率。所以船速要选择合适，既要保证测量精度，又保证采集数据真实有效的反映实际地形。
6、结语
GPS-RTK技术的应用打破了传统的水下地形测量方法，不仅减少了外界因素对作业过程的过多干扰，而且降低外业数据采集的劳动强度和成本，提高了作业效率，更重要的是大幅提高了测量点位的精度，使得水下地形测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、高效、经济，可以全天候的实施测量工作。随着科学技术的发展，GPS-RTK技术将会更加完善，给包括水下地形测量在内的各种工程项目带来更加美好的明天。
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论文作者:王春亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/27
标签：测量论文; 水下论文; 地形论文; 高程论文; 精度论文; 坐标论文; 水库论文; 《基层建设》2018年第36期论文;