广东省韶关航道局武江航标与测绘所 广东韶关 512026
摘要：现如今，在航道测量中，广泛地运用电子全站仪等先进设备，但是，横向通视和作业条件大大制约了电子全站仪的作用。GPS-RTK技术是一种全新的、高效的动态测量模式，有着作业方法便捷、工作效率高、定位精准且误差累积少的特点。它还能全天候测量，可以大幅度减少测量工作量与工作人员，已被广泛运用到铁路工程测量中。论文重点论述了航道测量的基本作业步骤和转换参数的求取方法，探讨了影响航道测量精度的因素和应该采取的对策。
关键词：RTK；航道测量；精度
1 引言
传统航道测量工程以常规光电测量仪器为主，辅以其它测量工具，光电测量仪器包括电子全站仪、水准仪等。这种传统大地测绘技术要求有大量的测量人员和仪器设备投入其中，还需要进行大量的野外作业施工，工作效率低下。另外，在实际测量中，会有误差累计的现象出现，以致现场测量效果不佳，难以进行全自动化的作业施工。近年来，出现了一种高效、全新的测量手段，即GPS-RTK技术，拥有实时快速、精度高、野外工作量少、控制点少且自动化程度高的优点。它打破了传统测量技术的局限性，即：对通行与通视方面的限制，它为航道测量开辟出一条全新的测绘模式。
2 RTK定位与作业流程
2.1GPS-RTK定位
2.1.1选择基准站
为确保航道测量工程的准确性，首要工作是依据工程实际情况，收集掌握工程场地周围高等级的已知控制点及控制点投影参数———参考椭球、基准面、中央子午线以及投影面大地高，并核准这些控制点，以保证这些控制点的精准性达到工程施工的要求。通常情况下，收集到的控制点密度是不足以满足施工需要。所以，需要根据工程的实际情况，在测区内增设控制点，联测坐标和高程。使用RTK技术测量前，依据工程的实际情况，挑选合适的基准站设置点，并在上面安装接收机，设置好相关参数并建立数据通讯。
2.1.2转换坐标系统
工程项目建设基于对参考椭球的大地坐标进行高斯投影得到的地方独立坐标体系，RKT得到是基于WGS-84椭球的大地坐标。所以，运用RTK测量时，需要求取转换坐标基准参数。修正RKT参数时，因为坐标转换通常基于布尔莎七参数模型，为求取七参数需要至少3个控制点，为计算残差需联测4个已知点。求解后得到转换坐标的参数，再利用参数，以测量控制器所确定的定位点工程独立坐标为基础，进行实时计算。
2.1.3定位流动站测量
确认转换坐标参数准确无误后，就以工程实际情况为基础，开展相关测量定位放样与测绘工作。
3 GPSRTK测深技术原理研究
随着GPS全球定位技术的不断发展，GPS实时动态测量在实时导航定位方面的应用越来越广泛。目前GPS定位中应用较多的是DGPS技术，这是一种采用简单的码数据（波长300m）相位平滑的技术，定位精度在nm级，水下地形高程则需要通过验潮确定。对于大比例尺的水下地形测量或作业区远离陆域不便于验潮的地方，DGPS技术已难于满足要求，而GPS实时动态相位差分（RTK）是一种直接应用L1和L2载波（波长分别为19cm和24cm）相位的GPS定位技术，它在三维坐标上可以提供cm级的精度，在水下地形测量中无需通过验潮确定泥面高程，这种方法称为GPS无验潮测深。
假定参考站天线高为h1，参考站的正常高为h2，流动站的天线高为h3，参考站GPS天线处的正常高和大地高分别为h4、h5，流动站GPS天线相位中心的大地高和正常高分别为h6、h7，换能器的瞬间高程为h8，测点高程为h。由图1中可以看出。h4=h1+h2 ；h7=h3+h8 （1）
根据GPS差分原理，参考站与流动站间的距离小于30km，可认为下式成立：h5-h6=h4-h7；h7=h4-（h5-h6）；根据（1）式有h3+h8=h1+h2-（h5-h6）；则换能器的瞬间高程h8=h1+h2-h3（h5-h6）。换能器的瞬间高程确定后，所测的水底点的高程就很容易求出：h=h8-测深仪所测的深度。这样就实现了在水深测量中，无需通过验潮来确定泥面高程，这种方法称为GPS无验潮测深。众所周知，动吃水发生在垂直方向，在实时动态定位时，该方向上的位移量可通过架设在船体中心上方的GPS天线相位中心的瞬间高程信息获得，该高程减去GPS天线到换能器的垂距，便是换能器发射面的瞬间高程，而换能器测量的深度正是建立在该高程的基础上，因而说，船体的动态吃水不用专门去测定，换能器的瞬间高程已经包含了该信息。这是无验潮测深模式所特有的，也是相对传统方法测量精度较高的原因所在。
4 航道测量的基本作业步骤
航道测量的作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪、数据通信链和便携式计算机及相关软件等组成。测量作业分三步来进行，即测前的准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理形成成果输出。
4.1测前的准备
求转换参数。①将GPS基准站架设在已知点A上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、发射间隔及最大卫星使用数，关闭转换参数和七参数，输入基准站坐标（该点的单点84坐标）后设置为基准站。②将GPS移动站架设在已知点B上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、接收间隔，关闭转换参数和七参数后，求得该点的固定解（84坐标）。③通过A、B两点的84坐标及当地坐标，求得转换参数。
（2）建立任务，设置好坐标系、投影、一级变换及图定义。
（3）作计划线。如果已经有了测量断面就要重新布设，但可以根据需要进行加密。
4.2外业的数据采集
架设基准站在求转换参数时架设的基准点上，且坐标不变。
将GPS接收机、数字化测深仪和便携机等连接好后，打开电源。设置好记录设置、定位仪和测深仪接口、接收数据格式、测深仪配置、天线偏差改正及延迟校正后，就可以进行测量工作了。
4.3数据的后处理
数据后处理是指利用相应配套的数据处理软件对测量数据进行后期处理，形成所需要的测量成果——航道图及其统计分析报告等，所有测量成果可以通过打印机或绘图机输出。
5 影响航道测量精度的几种因素及相应对策
5.1水下地形点高程的误差主要来源
（1）仪器误差：GPS接收机和测深仪精度。
（2）转换误差：由于实时相位差分得到的是WGS84坐标下的高程，属于大地高程系统，如工程采用其他高程系统，这就需要把测得的大地高程转换成相应高程。
（3）其他误差：如动吃水、风浪造成的测深船起伏和摇摆等。由于GPS天线与测深仪换能器之间为一固定值，因此测深船的垂直起伏不会给水下地形测量精度带来影响，如动吃水、波浪等影响可以消除。在实际的使用无验潮方式进行航道测量时，测量结果精度会由于船体的摇摆、采样速率、同步时差及RTK高程的可靠性等因素造成的误差的影响，这些误差远远大于RTK定位误差，从而成为无验潮方式航道测量精度提高的瓶颈因素。
5.2船体摇摆姿态的修正
船的姿态可用电磁式姿态仪进行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数，通过专用的测量软件接入进行修正。
参考文献
[1]李明叁.海洋测深网平差的理论与方法研究[D].解放军信息工程大学,2007.
[2]乔全珍.变形观测网的平差和变形分析[J].科技资讯,2008,2.
论文作者:张志辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/2
标签：测量论文; 高程论文; 航道论文; 坐标论文; 参数论文; 作业论文; 误差论文; 《基层建设》2017年第20期论文;